葛洲壩機組主軸密封結構特點與改造工藝

摘 要:葛洲壩電廠機組主軸密封采用雙層平板式密封結構，其在機組運行發揮了很好的作用，但同時在運行中也出現了各種問題。在有著豐富經驗的檢修人員的共同努力下，采取了多種處理辦法，最終解決了多種結構上的缺陷，使主軸密封在機組穩定運行中發揮了重要作用。

關鍵詞:主軸密封工作密封檢修密封

中圖分類號:TM62文獻標識碼:A文章編號:1674-198X(2011)09(c)-0092-02

1 主軸密封的工作原理介紹

主軸密封包括工作密封和檢修密封，它們裝置于水輪機主軸上的固定部件與轉動部件相應位置。工作密封的作用是通過對密封之間注入清潔壓力水，防止水輪機轉輪室內的水在壓力的作用下進入水車室，造成水淹水導等事故，保證機組的正常穩定運行;檢修密封的作用是在對工作密封進行檢修時，對檢修密封內部充氣使其膨脹，堵住轉動部件和固定部件之間的間隙，從而起到臨時防水的作用。

葛洲壩電站主軸密封結構形式為雙層平板密封(見圖1、2)，其工作密封部分的主要部件為圖中的上密封平板(項Ⅱ)、下密封平板(項Ⅰ)、密封水箱(4瓣)、水箱底座(4瓣)以及壓力水管等附件組成。清潔壓力水由密封壓力水管注入主軸密封的上、下密封平板之間，將固定在固定部件上的上密封平板頂起并貼緊轉動著的金屬磨擦面，從而組成上密封面;同時壓力水也將下密封平板向下壓，使與主軸一起轉動的下密封平板貼緊固定不動的金屬磨擦面，從而形成下密封面。上、下密封面共同作用，便形成了工作密封，使得來自轉輪室內的江水無法通過轉動部件與固定部件的間隙而對機組形成破壞。

主軸檢修密封的結構形式為空氣圍帶密封，它的主要組成部分為可自動膨脹和收縮的橡膠彈性圍帶、充氣連接管路等。當主軸工作密封需要在機組不排水的狀態下檢修時，就要通過管路對空氣圍帶進行充氣，使其膨脹，進而堵住機組轉動部件與固定部件之間的間隙，起到密封的作用。

2 主要特點及存在的問題

主軸密封在葛洲壩電站機組中已經工作了20年以上，在保護機組安全穩定運行方面起到了舉足輕重的作用。其在結構和性能上具備結構簡單、運行比較穩定等優點，但在機組實際運行和檢修中也出現了諸多問題，詳述如下:(1)主軸密封在初期使用中由于密封面間隙較小、潤滑不夠等原因曾出現過平板燒結的現象，造成事故停機。(2)水箱與水箱底座之間的間隙過去一直使用石棉墊進行密封，經常因局部厚薄不均出現間隙，經常在組合縫處出現漏水現象，影響水封的工作效率。(3)水箱底座上有4個對稱分布的方形孔，轉輪室內的水流容易從底座上四個方孔進入水箱，影響水箱的正常運行和降低水封的壽命。(4)工作密封的上、下平板是由螺栓緊固在相應的部件上的，這部分設備長期在水中運行，出現部分螺栓孔被銹蝕，上、下平板緊固螺栓無法上緊，部分螺栓斷裂在螺孔內等現象，導致水封漏水過大，尤其在夏季尾水位較高時，檢修非常困難。(5)部分機組檢修密封的空氣圍帶進氣嘴為立式結構(見圖3)，且從水箱底座底部向上引出(引出長度265mm)，貫穿水箱底座和水箱下組合面。由于水封內高度很低，空間狹小，整體起吊高度不足以取出空氣圍帶氣嘴，因此更換空氣圍帶，必須先將水箱解體，再吊起水箱底座才能進行，工作效率低且很不安全，同時可能對設備有損壞。

3 主軸密封改造的措施和實際應用

針對主軸密封出現的上述問題，我們在檢修中不斷的積累經驗和總結教訓，針對具體問題，實施了多項改造方案，并取得一定的效果。

(1)我們在上、下平板密封的抗磨面上各增加8條對稱的潤滑水槽以增加潤滑，槽的形狀為三角形，開口大的一側引入清潔水;潤滑水槽的斜口順著轉動部分，以保護密封平板不被刮傷。除此之外，根據檢修的經驗和水封運行數據的總結，在調節密封面間隙時，對此間隙進行嚴格的控制，以達到最佳的效果，上平板密封的間隙控制在1.0～1.5mm之間，下平板密封的間隙控制在0.5～1.0mm之間。實施了以上措施之后，密封平板再沒有出現過燒結現象，而且也大大提高了橡膠密封平板的使用壽命。

(2)針對水箱與底座之間出現的漏水現象，檢修人員在水箱底座法蘭面Φ2400處加工5mm深、10mm寬的密封槽，安裝Φ8密封條，當水箱組裝后，密封條便靠彈性進行密封。2003年開始，我們就在檢修中實施這項改造方案，實踐證明，這種密封效果非常明顯，而且方便安裝。

(3)在機組的大修和擴大性大修中，將水箱底座上的4個方形孔進行封堵，封堵后進行打磨，使封堵部位的高度與底座法蘭面一致，從而有效防止江水進入密封，保護密封的正常工作。

(4)針對螺栓孔銹蝕的情況，我們采取了在原螺栓孔的位置進行鑲嵌不銹鋼螺套的辦法。由于原螺栓孔為M16，故將原螺栓孔重新鉆孔并擴大為Φ24，保證圓心位置與原螺栓孔的圓心位置重合。同時加工外徑為Φ24、內孔為M16的不銹鋼螺母，將其焊接在已鉆出的Φ24孔內。加工后螺母高度高于密封安裝表面，螺孔螺紋長度增加為加工前的兩倍。這種方法使螺孔的壽命得到了有效的延長，經過改造后的螺孔，檢修時很方便拆裝螺栓，提高了檢修效率、延長了水箱的使用壽命。

(5)空氣圍帶是便于工作密封檢修的重要部件，但如果它的拆裝很困難，就會直接影響到檢修效率和安全，因此我們采取對氣嘴進行改短的作法(見圖4)。即在空氣圍帶制造廠家定制氣嘴縮短后的空氣圍帶，縮短后的長度為140mm，其連接螺紋為G1/2。在水箱底座相應部位進行處理，將底座側面氣嘴引出盒銑去一部分，以露出氣嘴孔。縮短后的氣嘴能夠在其上部部件整體起吊的條件下進行拆裝，非常方便。

4 結語

在多項改造方案綜合實施的情況下，主軸密封的檢修效率和工作效率都得到了明顯的提高，主軸密封的壽命也得到了明顯的提高。主軸密封的平板由過去1至2年更換一次，已經提高到多數密封4年以上更換一次。可以說，根據密封的實際結構采取的改進工藝是高效和安全的。

參考文獻

[1]長江電力檢修廠.水輪機檢修規程，2003.

[2]謝湘軍，等.葛洲壩電站125MW機組水輪機導葉中軸套密封改造[J].科技創新導報，2009，25:95.